【導讀】今年以來，以ChatGPT為代表的大語言模型掀起了新一輪AIGC人工智能技術浪潮，而最近Meta推出圖像分割大模型SAM，使得用于自然語言處理的Prompt模式也開始被應用在計算機視覺領域。AI研究專家認為，SAM之于計算機視覺的意義，就像是GPT之于大語言模型。
計算機視覺又被稱為機器視覺，是人工智能的感知智能領域之一，是機器設備收集、理解信息的主要途徑，所以也通常被比喻為機器人的“眼睛”。在智能制造、工業4.0轉型趨勢下，各類多模態人工智能技術的發展，推動著作為實現智能制造關鍵技術的機器視覺，也正乘風破浪沖向新藍海。
2023慕尼黑上海電子生產設備展同期舉辦的工業機器人革新與電子“智”造高峰論壇上，思特威科技工業和新興芯片部副總裁金方其發表了題為《逐浪機器視覺，思特威CIS助力打造工業“感知之眼”》的演講。他比喻說，越來越多的機器視覺應用需要智能終端對信息做出精準且快速的采集與處理，如果說攝像頭是機器視覺的眼睛，那么CMOS傳感器可以看作是這雙“眼睛”的視網膜。
機器視覺有望開啟CIS百億藍海市場
“在不久的將來，各種各樣的機器人將會成為我們生活中不可或缺的一部分。無論是在工業生產領域還是在家庭生活中，機器人都將扮演著越來越重要的角色。”金方其表示，“而機器人的核心技術之一，就是機器視覺。它是機器人獲取信息的主要手段，也是機器人‘感知之眼’的核心。”
一個完整的機器視覺系統一般由光學系統(光源、鏡頭、工業相機)、圖像采集單元、圖像處理單元、執行機構及人機界面等模塊組成。隨著工業自動化技術的不斷發展，機器視覺在3C電子、新能源、汽車、半導體、光伏等智能制造等領域的應用越來越廣泛。智能制造技術需求不斷增加，推動著機器視覺市場正乘風破浪沖向新藍海。
“來自Yole的數據顯示，到2026年機器視覺在工業和自動化的市場規模預計將超過百億元人民幣，作為機器視覺核心技術的CIS傳感器，也將在此趨勢下，迎來日漸火爆的藍海市場。”他強調，思特威專注高端成像芯片技術，在這片專業級的市場，也將繼續以客戶需求為核心，以高端創新為驅動，不斷推出更加適合機器視覺的智能傳感器產品。
成立以來，思特威CIS產品已賦能萬千智感視覺應用，包括智能手機、安防監控、車載電子、工業4.0、無人機、掃地機器人、智能教育、智能交通、生物識別等等。思特威將秉持“以前沿智能成像技術，讓人們更好地看到和認知世界”的愿景，以客戶需求為核心動力，持續推動前沿成像技術升級，拓展產品應用領域，與合作伙伴一起助推未來智能影像技術的深化發展。
Yole數據顯示，2021年思特威位居車載CIS市場全球第四、國內第二，在車載應用領域迎來了高速發展。今后亦將在人工智能、手機影像、車載電子等新興應用領域不斷拓展創新。
機器視覺需要怎樣的CIS傳感器？
制造業轉型升級帶來對高端工業相機的巨大需求，機器視覺成為必不可少的一環，市場空間廣闊。那么，機器視覺應用需要怎樣的CIS傳感器呢？
金方其指出，無論是工業智能化還是新興機器視覺應用的發展都面對一個共通的應用場景，就是抓拍高速運動的物體，例如高速飛行下的精準避障需求，智能化流水線上快速運動的目標等等。當前攝像頭CMOS圖像傳感器的曝光方式大致有卷簾曝光（Rolling Shutter）和全局曝光（Global Shutter）兩種方式，比如在拍攝同一輛快速駛過的汽車，Rolling shutter的曝光方式采用逐行掃描，在這個過程中存在一定時延，因此會導致成像產生“果凍效應”，最終出來的成圖效果是變形的。所以，在機器視覺中全局快門的圖像傳感器因為成像無畸變，而具有更大的優勢。
據介紹，思特威從2017年開始研發Global Shutter技術并于2018年基于該技術發布了全球首顆BSI像素架構 全局快門的圖像傳感器產品，并應用在了工業相機上。2019年，思特威Global Shutter相關的技術層作為開場論文在ISSCC 2019舊金山國際固態電路峰會上首秀，并于同年推出了搭載這一最新技術的SmartGS?系列新產品SC132GS。目前，思特威的SmartGS?全局曝光產品在無人機、掃地機器人、ITS智能交通、車載DMS/OMS和家/商用機器人等新興機器視覺領域有著出色的市場表現，更是在無人機避障領域占有絕大部分市場。
除了全局曝光以外，機器視覺的應用對CIS傳感器的性能、KPI等方面的要求也非常高，包括更高的信噪比，更高的幀率，更高的分辨率，更高的靈敏度、動態范圍以及更低的功耗。金方其強調，“快門主要用來控制傳感器的有效曝光時間，對普通成像應用而言快門的時間范圍通常越大越好。但這并不太適用于需要抓拍到急速移動物體的機器視覺應用，對工業和新興機器視覺應用來說，往往需要快門速度越快越好。”
他表示，思特威SmartGS?技術具備上述機器視覺對CIS的高性能需求。首先，第二代SmartGS?產品實現了更高的分辨率，是國內企業在大尺寸及大分辨率Global Shutter芯片領域的一次成功破圈。據悉，感光效果好的圖像傳感器一般基于BSI工藝，但是全局曝光與BSI工藝的融合有較大的難度。截至目前為止，思特威是全球率先實現了基于BSI工藝的全局曝光技術的公司之一。
其次，思特威的專業研發團隊擁有出色的IC設計能力，所設計的芯片在靈敏度和信噪比方面都有著不俗的表現。
第三，思特威的PixGain技術，通過在傳感器電路中內置Low Gain和High Gain兩套轉換增益電路，分別控制高亮場景下不過曝和提高暗光場景下對細節的捕捉。
最后，思特威的低功耗讀取技術，能夠通過內部電路設計優化，可實現模擬功耗和數字功耗的降低。
AI浪潮下，需要更智能的視覺解決方案
隨著工業數字化與智能化轉型逐漸深入，機器視覺已然成為了與工業應用結合最為緊密的人工智能技術。在AI浪潮下，CIS已經不再僅僅是需要輸出圖片和視頻，更要提供智能化的視覺解決方案。
“3D Stacked技術為圖像傳感器帶來了更大的發揮舞臺，也為機器視覺進一步的發展帶來更多可能性。”他強調，成像品質對人工智能及機器視覺的發展是具有重要意義的。舉例來說，如果輸入的圖像本身就有過曝或過暗等影像信息缺陷，那即使再強大的AI模型，還是有可能作出錯誤的識別判斷。因此需要圖像傳感器輸出更高質量的圖像，以確保信息、細節的完整性就顯得尤為關鍵。
從消費到工業級，思特威開啟機器視覺新篇章
隨著制造業轉型升級的進一步深入，工業CIS傳感器將充分受益各產業升級帶來的需求擴容。Yole數據顯示，2021年工業CIS市場出貨量為2.52千萬顆，在2021年到2027年的預測期內，工業CIS出貨量將以近10%的年復合增長率增長，到2027年將達到4.41千萬顆。
金方其介紹，思特威面向機器視覺應用的解決方案主要分為兩大類。
首先面陣相機作為工業相機的一個類別，在工業自動化中的應用也極為廣泛。通過連續的、面狀影像捕捉來實現產品的檢測，并可以一次性獲取完整的目標圖像。工業級面陣圖像傳感器能夠精確地測量形狀、尺寸、面積、距離、角度、交點等幾何特性從而賦能自動化生產中的定位測量以及缺陷檢測等智能應用。
在這一領域，思特威SmartGS?系列自2018年以來已推出了兩代產品系列，第一代產品在無人機、掃地機器人、人臉識別、生物識別以及智慧教育等領域獲得廣泛應用。第二代產品系列得益于創新的SmartGS?-2技術，相較前代技術產品具備更快的快門速度、更高的動態范圍，能夠精準賦能機器視覺工業應用、智能交通等需求。
線陣相機是另一大類工業相機。工業領域有許多應用場景需要檢測連續的材料，例如圓形的金屬鐵罐、產線上移動的車門，傳輸帶上的布匹等。被檢測的物體通常保持勻速運動，需使用一臺/多臺線陣相機對其逐行連續掃描，以達到對其整個表面的均勻檢測。由于工業線陣相機橫向可以達到數K分辨率，因此測量的精度可以到微米級別，極適用于此類應用場景。
思特威于2022年底推出了其首顆LA（Linear）線陣系列4K分辨率高速工業CMOS圖像傳感器——SC430LA。該背照式（BSI）圖像傳感器搭載創新的SmartGS?-2全局快門技術，依托思特威先進的模擬電路設計，支持出色的Trilinear彩色模式和32x模擬增益，集高穩定性、高精準度、低噪聲、高行頻四大性能優勢于一身，可適用于各種工業環境中，以高傳輸速度和高圖像品質賦能全天候工業線陣相機。
LA系列的推出，意味著思特威實現了從機器視覺消費級市場向工業級應用的大步邁進，是思特威加速布局高端機器視覺市場戰略的重要里程碑。
來源：集微網
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